Thermodynamics and dynamics of polar ice sheets, glaciers and ice shelves under changing climate

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-336-062-4
Julkaisun nimi: Thermodynamics and dynamics of polar ice sheets, glaciers and ice shelves under changing climate
Tekijä: Välisuo, Ilona
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta
Ilmakehätieteiden tohtoriohjelma
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: Polar ice sheets, glaciers, and ice shelves, referred to as land ice in this document, are under transition in the changing climate. Observations show that glaciers have retreated and melt water discharge from land ice has increased together with the warming climate. Decreasing volume of land ice is reflected to the whole Earth system via changes in surface radiation balance, sea level rise, and water balance in inland watersheds. Warming and melting land ice creates positive feedback loops that further increase melting. The study of polar land ice in changing climate is challenging due to lack of observations from the remote areas. Large interannual variability of climate, rapid changes in temperature and ice conditions, and short observational timeseries further complicate the research. This Ph.D. thesis concentrates on the aspects of melting land ice in the polar regions. The focus is on the interannual variability of surface melt and weather conditions on two of the Antarctic Peninsula Ice Shelves (Larsen~C and Wilkins) and the Greenland Ice Sheet. Surface melt is addressed through the surface energy balance and other direct measures of melt. Furthermore, the changes in surface accumulation and ablation patterns have been modelled on a small Arctic valley glacier, Midtre Lovénbreen. This modelling study presents for the first time a method that allows to produce high resolution maps of accumulation and ablation, using only a glacier flow model and the digital elevation models of the glacier surface. Surface energy balance controls the melt of snow and ice. The effect of atmospheric moisture or clouds on the surface energy balance was important in the Antarctica Peninsula region and on the Greenland Ice Sheet. Cloud cover fraction was related to the wintertime surface net heat flux on Larsen C Ice Shelf. A multi-regression model, including the cloud cover fraction as one of the explanatory variables, explained up to 80\% of the interannual variation of the surface net heat flux in June-August. On the Greenland Ice Sheet the vertically integrated total column water was positively correlated with the summertime surface melt. Local near surface winds (at 10~m height above ground level) were important in explaining the surface net heat flux on Larsen C Ice Shelf in summer, autumn, and winter. In Greenland, the wind components correlated locally with the number of melt days. The positive correlation was likely related to the adiabatic heating of descending air on the lee side of the ice sheet and, in other locations, to the advection of warm air from lower latitudes. The number of melt days on the Greenland Ice Sheet were also correlated with positive North Atlantic Oscillation Index and Greenland Blocking Index, indicating that these large scale patterns contribute in creating conditions that favour melt. The large scale atmospheric conditions that increase humidity or advect warm air to the polar regions are likely to increase surface melt in Greenland or Antarctic Peninsula region. Nevertheless, explaining the high resolution melt patterns requires understanding of the local conditions and topographic features. This Ph.D. thesis contributes in understanding local surface melt as part of the large scale climate system.Muuttuva ilmasto muokkaa jäätiköitä. Samaan aikaan kun ilmasto on lämmennyt, jäätiköiden pinta-alan on havaittu pienentyneen ja jäätiköiden sulavesivalunnan kasvaneen. Jäätiköiden pienentyminen vaikuttaa ympäristöön jäätiköiden lähellä sekä Maan ilmastojärjestelmään kokonaisuudessaan. Jääpeitteen häviäminen muuttaa pinnan säteilytasetta, valuma-alueen vesitasetta ja nostaa merenpinnan korkeutta. Napa-alueiden jäätiköiden ja ilmaston tutkimusta vaikeuttaa mittausainestojen huono saatavuus: havaintoja vaikeakulkuisilta alueilta kaukana ihmisen rakentamasta infrastruktuurista on vähän. Lisäksi napa-alueiden ilmaston vuosienvälinen vaihtelu on suurta ja meneillään oleva ilmastonmuutos voimakasta, mikä vaikeuttaa muutosten tutkimista. Tässä väitöstutkimuksessa tarkastellaan jäätiköiden pinnan sulamista Arktiksella ja Antarktiksella. Tutkimuksessa keskitytään erityisesti siihen, miten ilmaston vuosienvälinen vaihtelu liittyy pinnan sulamisen vuosienväliseen vaihteluun. Tutkimuskohteina on kaksi jäähyllyä (Larsen C:n ja Wilkinsin jäähyllyt) Antarktiksen niemimaalla, Grönlannin mannerjäätikkö ja pieni vuoristojäätikkö Midtre Lovénbreen Huippuvuorilla. Midtre Lovénbreen--jäätikköä käsittelevässä tutkimuksessa esiteltiin uusi menetelmä, jolla voidaan ratkaista keskimääräinen lumen kasautuminen ja sulaminen jäätikön pinnalla käyttämällä numeerista jäätikkömallia joka laskee jään liikkeet. Jäähyllyjen ja Grönlannin mannerjäätikon kohdalla tutkimus kohdistui sääolojen ja pinnan sulamisen väliseen yhteyteen. Lumi- ja jääpinnan sulaminen määräytyy pinnan energiataseesta. Pilvisyys ja ilmakehän sisältämä vesimäärä osoittautuivat tärkeiksi pinnan energiataseeseen ja sulamiseen vaikuttaviksi tekijöiksi molemmissa tutkimuksissa. Monimuuttuja--analyysin perusteella pilvien peittävyys selitti 80\% pinnan energiataseen vaihtelusta Larsen C--jäähyllyllä eteläisen pallonpuoliskon talvella (kesä--elokuussa). Grönlannin mannerjäätiköllä ilmakehän sisältämä vesimäärä korreloi positiivisesti pinnan sulamisen kanssa kesällä. Tuulen suunta ja voimakkuus pinnan lähellä, 10 metrin korkeudessa, selittivät pinnan energiataseen vaihteluita Larsen C--jäähyllyllä eteläisen pallonpuoliskon kesällä, syksyllä ja talvella. Grönlannissa tuulen suunta ja voimakkuus korreloi sulamispäivien lukumäärän kanssa. Yleisesti ottaen lämpimät eteläiset ilmavirtaukset Grönlannissa korreloivat positiivisesti sulamisen kanssa. Grönlannin itärannikolla havaittiin myös, että jäätikön ylemmistä osista laskeutuvan ilman kokema subsidenssilämmitys saattoi olla syynä tuulen ja sulamisen väliseen positiiviseen korrelaatioon. Grönlannin pinnan sulaminen korreloi myös suuren mittakaavan virtausta kuvaavien Pohjois-Atlantin värähtelyn ja Grönlannin sulkukorkeapaineen kanssa. Oletettavasti kyseiset virtausrakenteet edistävät lämpimän ja kostean ilman kulkeutumista Grönlannin alueelle, mikä yhdessä paikallisten tekijöiden kanssa edistää pinnan sulamista. Väitöstutkimus on tuottanut uutta tietoa paikallisen lumi- ja jääpintojen sulamisen ja ilmakehän vuosienvälisen vaihtelun yhteyksistä, sekä tarkastellut uusanalyysi- ja mallinnusmenetelmien soveltuvuutta napa-alueiden ilmastonmuutoksen tutkimukseen.
URI: URN:ISBN:978-952-336-062-4
http://hdl.handle.net/10138/256028
Päiväys: 2018-11-23
Avainsanat: Meteorologia
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
thermody.pdf 12.12MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot